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原文传递基于视觉的车辆几何尺寸参数测量算法研究

论文题名：	基于视觉的车辆几何尺寸参数测量算法研究
关键词：	三维尺寸测量;车辆轮距;机器视觉;车辆尺寸测量
摘要：	基于机器视觉的测量技术是近年来测量检测领域研究的前沿和热点之一，而立体视觉技术或称之为双目视觉技术则是机器视觉中的重要研究内容之一。本论文以总装汽车试验场项目为背景，旨在建立一套自动化程度高、测试技术先进的车辆几何尺寸参数测量系统。本论文在实验室系统理论研究的基础上，结合近年来新兴的立体视觉技术，提出了基于立体视觉的车辆几何尺寸参数测量系统的具体测量方案和实现方法。该测量方案具有自动化、非接触、高精度、通用性的特点，并且具有系统功能的扩展性，除可以测量常用车辆几何尺寸参数外，还可溶入对车辆外廓形貌的三维重构。在车辆整车尺寸参数及通过性几何参数测量领域中，目前还未见类似技术的相关应用和研究报道，因此本论文提出的测量方法具有一定的创新性，此外，本论文中所提及的一些图像测量方法，对于其他应用也有一定的推广和借鉴作用。本文从理论和实践两方面对双目立体视觉技术在车辆几何尺寸参数测量中的应用进行了深入研究和探讨，并对常见车辆几何尺寸参数的测量方法作了具体研究和阐述，本论文的主要研究内容包括如下几点： (1)系统研究了照相机阵列的标定方法，包括单目相机标定、双目相机标定和相机阵列的全局标定。在基于平面模板相机标定算法的思想基础上，本论文提出了一套完整的相机标定流程，包括棋盘靶标自动定位、棋盘靶标角点的提取、相机内外参数的线性估值以及相机参数的非线性优化等。 (2)根据不同类型车辆尺寸参数的特点和定义，本论文在研究过程中将不同尺寸参数进行合理归类，使每一类中的车辆尺寸参数可以采用类似方法进行测量，并研究了各类具体测量算法以及实现流程，从而实现了总长、总高、总宽、前悬、后悬、轴距、轮距、静力半径、自由半径、接近角、离去角和纵向通过角，共12个常用车辆几何尺寸参数的测量。 (3)对三维尺寸测量系统中一项重要的扩展功能——车辆形貌的三维重构，本论文也进行了研究和探讨。三维重构算法采用Gray编码和相位编码相结合的复合编码方式，本论文对该三维重构方法的实现原理进行探讨，并根据实际应用场合进行算法改进。此外，为了实现大视场下多视角的联合测量，本论文对编码标志物和三维数据配准算法也进行了研究。本文中具有创新性的研究工作概括如下： (1)根据不同类型车辆尺寸参数的特点和定义，本论文归纳了各种不同类型车辆几何尺寸参数在测量方法上的共通点，而且从测量流程的延续性出发，将不同尺寸参数进行合理归类，使得每一类中的车辆几何尺寸参数可以采用类似的方法进行测量。 (2)为了获取车辆轮距参数，本论文设计了一种车辆轮距测量模型，并在该模型基础上提出一种基于胎冠切点的车辆轮距测量方法，通过获取车轮胎冠的切点进而计算车辆轮距参数。 (3)本论文通过车轮中心推导出车辆轴距、静力半径和自由半径的计算公式，由此提出一种三维空间圆自动提取算法，并根据该算法定位车轮中心，进而根据所建立的模型计算公式获得车辆轴距、静力半径和自由半径参数。 (4)针对无明显特征点，缺少纹理的物体表面，本论文通过对不同投影方法的分析和比较，提出一种分别投射横竖光栅条纹形成网格光栅的测量方法，该方法不仅可以快速有效地对物体表面进行离散采样，而且可以通过多次光栅平移，提高物体表面的采样精度以及三维重构精度。 (5)为了获取物体表面完整的数据信息，实现大视场下多视角的共同测量，本论文提出一种基于距离信息的标志点编码方法，该种编码方法简单，图像处理方便，在三维配准中具有良好的效果。 (6)为了提高靶标角点的定位精度，以及大场景中摄像机标定的自动化程度，本论文针对棋盘靶标图案，提出一种棋盘靶标角点自动定位算法，该算法包括棋盘靶标区域定位算法以及亚像素角点自动定位算法，并通过试验验证了该算法的有效性。
作者：	林国余
专业：	精密仪器及机械
导师：	张为公
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文